Abstract Gene‐editing technology has become a transformative tool for the precise manipulation of biological genomes and holds great significance in the field of animal disease‐resistant breeding. Mastitis, a prevalent disease in animal husbandry, imposes a substantial economic burden on the global dairy industry. In this study, a regulatory sequence gene editing breeding strategy for the successful creation of a gene‐edited dairy (GED) goats with enhanced mastitis resistance using the ISDra2‐TnpB system and dairy goats as the model animal is proposed. This included the targeted integration of an innate inflammatory regulatory sequence (IRS) into the promoter region of the lysozyme ( LYZ ) gene. Upon Escherichia Coli ( E. coli ) mammary gland infection, GED goats exhibited increased LYZ expression, showing robust anti‐mastitis capabilities, mitigating PANoptosis activation, and alleviating blood‐milk‐barrier (BMB) damage. Notably, LYZ is highly expressed only in E. coli infection. This study marks the advent of anti‐mastitis gene‐edited animals with exogenous‐free gene expression and demonstrates the feasibility of the gene‐editing strategy proposed in this study. In addition, it provides a novel gene‐editing blueprint for developing disease‐resistant strains, focusing on disease specificity and biosafety while providing a research basis for the widespread application of the ISDra2‐TnpB system.

Abstract A cell death pathway, ferroptosis, occurs in conidial cells and is critical for formation and function of the infection structure, the appressorium, in the rice blast fungus Magnaporthe oryzae . In this study, we identified an orthologous lysophosphatidic acid acyltransferase (Lpaat) acting at upstream of phosphatidylethanolamines (PEs) biosynthesis and which is required for such fungal ferroptosis and pathogenicity. Two PE species, DOPE and SLPE, that depend on Lpaat function for production were sufficient for induction of lipid peroxidation and the consequent ferroptosis, thus positively regulating fungal pathogenicity. On the other hand, both DOPE and SLPE positively regulated autophagy. Loss of the LPAAT gene led to a decrease in the lipidated form of the autophagy protein Atg8, which is probably responsible for the autophagy defect of the lpaat Δ mutant. GFP‐Lpaat was mostly localized on the membrane of lipid droplets (LDs) that were stained by the fluorescent dye monodansylpentane (MDH), suggesting that LDs serve as a source of lipids for membrane PE biosynthesis and probably as a membrane source of autophagosome. Overall, our results reveal novel intracellular membrane‐bound organelle dynamics based on Lpaat‐mediated lipid metabolism, providing a temporal and spatial link of ferroptosis and autophagy.

Auxin is an important phytohormone regulating plant growth and development, and can also be produced by microbial pathogens including the rice-blast fungus Magnaporthe oryzae. However, the detailed biosynthesis pathway, biological function(s), and cellular distribution of such fungal auxin in M. oryzae remain largely unknown. Here, we report a sequential accumulation of intrinsic auxin in the three conidial cells, the infection structure (appressorium), and the invasive hyphae in M. oryzae. Such fungus-derived auxin was also secreted out and perceived by the host plants. A mitochondria-associated Indole-3-pyruvate decarboxylase, Ipd1, is essential for auxin/Indole-3-acetic acid biosynthesis in M. oryzae. The ipd1 mutant was defective in pathogenicity whereas overexpression of IPD1 led to enhanced virulence in rice. Chemical inhibition of fungal IAA biosynthesis, or its increase via external supplementation decreased or increased the severity of blast disease, respectively, in a dose-dependent manner. Furthermore, the IAA produced and secreted by M. oryzae governed the incidence and severity of blast disease in a quorum-dependent manner. Appressorium formation, conidial cell death critical for appressorium function, and the transcription of infection-related genes, MPG1 and INV1, directly correlated with cell density and/or IAA levels within the conidial population at the early stages of pathogenic development. Overall, our study revealed that the severity of blast disease is regulated via quorum sensing with intrinsic IAA serving as an associated signal transducer in rice blast.

We identified that ferroptosis, an iron-dependent non-apoptotic cell death process, occurs in the rice blast fungus Magnaporthe oryzae, and plays a key role in infection-related development therein. Ferroptosis in the blast fungus was confirmed based on the four basic criteria. We confirmed the dependence of ferroptosis on ferric ions, and optimized C11-BODIPY581/591 as a key sensor for subcellular detection and quantification of lipid peroxides that mediate ferroptotic cell death during the pathogenic growth phase of M. oryzae. In addition, we uncovered an important regulatory function for reduced glutathione and the NADPH oxidases in generating/modulating the superoxide moieties for ferroptotic cell death in Magnaporthe. Ferroptosis was found to be necessary for the specific developmental cell death in conidia during appressorium maturation in rice blast. Such ferroptotic cell death initiated first in the terminal cell and progressed sequentially to the entire conidium. Chelation of iron or chemical inhibition of ferroptosis caused conidial cells to remain viable and led to strong defects in host invasion by M. oryzae. Precocious induction of ferroptosis in a blast-susceptible rice cultivar led to resistance against M. oryzae invasion. Interestingly, ferroptosis and autophagy were found to play inter-reliant or codependent roles in contributing to such precise cell death in M. oryzae conidia during pathogenic differentiation. Our study provides significant molecular insights into understanding the role of developmental cell death and iron homeostasis in infection-associated morphogenesis and in fungus-plant interaction in the blast pathosystem.

Magnaporthe oryzae causes Blast disease, which is one of the most devastating infections in rice and several important cereal crops. M. oryzae needs to coordinate gene regulation, morphological changes, nutrient acquisition, and host evasion, in order to invade and proliferate within the plant tissues. Thus far, the molecular mechanisms underlying the regulation of invasive growth in planta have remained largely unknown. We identified a precise filamentous-punctate-filamentous cycle in mitochondrial morphology during Magnaporthe-Rice interaction. Interestingly, loss of either the mitochondrial fusion (MoFzo1) or fission (MoDnm1) machinery, or inhibition of mitochondrial fission using Mdivi-1 caused significant reduction in M. oryzae pathogenicity. Furthermore, exogenous carbon source(s) but not antioxidant treatment delayed such mitochondrial dynamics/transition during invasive growth. Such nutrient-based regulation of organellar dynamics preceded MoAtg24-mediated mitophagy, which was found to be essential for proper biotrophic development and invasive growth in planta. We propose that precise mitochondrial dynamics and mitophagy occur during the transition from biotrophy to necrotrophy, and are required for proper induction and establishment of the blast disease in rice.

Abstract Sugarcane smut fungus Sporisorium scitamineum produces polyamines putrescine (PUT), spermidine (SPD), and spermine (SPM) to regulate sexual mating/filamentous growth critical for pathogenicity. Besides de novo biosynthesis, intracellular levels of polyamines could also be modulated by oxidation. In this study, we identified two annotated polyamine oxidation enzymes (SsPAO and SsCuAO1) in S. scitamineum . Compared to the wild type ( MAT‐1 ), the ss1pao Δ and ss1cuao1 Δ mutants were defective in sporidia growth, sexual mating/filamentation, and pathogenicity. The addition of a low concentration of cAMP (0.1 mM) could partially or fully restore filamentation of ss1pao Δ × ss2pao Δ or ss1cuao1 Δ × ss2cuao1 Δ. cAMP biosynthesis and hydrolysis genes were differentially expressed in the ss1pao Δ × ss2pao Δ or ss1cuao1 Δ × ss2cuao1 Δ cultures, further supporting that SsPAO‐ or SsCuAO1‐based polyamine homeostasis regulates S. scitamineum filamentation by affecting the cAMP/PKA signalling pathway. During early infection, PUT promotes, while SPD inhibits, the accumulation of reactive oxygen species (ROS) in sugarcane, therefore modulating redox homeostasis at the smut fungus–sugarcane interface. Autophagy induction was found to be enhanced in the ss1pao Δ mutant and reduced in the ss1cuao1 Δ mutant. Exogenous addition of cAMP, PUT, SPD, or SPM at low concentration promoted autophagy activity under a non‐inductive condition (rich medium), suggesting a cross‐talk between polyamines and cAMP signalling in regulating autophagy in S. scitamineum . Overall, our work proves that SsPAO‐ and SsCuAO1‐mediated intracellular polyamines affect intracellular redox balance and thus play a role in growth, sexual mating/filamentation, and pathogenicity of S. scitamineum .